Pendant de nombreuses années, les valeurs de calcul des bois de construction canadiens ont été déterminées en testant de petits échantillons clairs. Bien que cette approche ait bien fonctionné dans le passé, certains éléments indiquaient qu'elle ne reflétait pas toujours avec exactitude le comportement en service d'un élément de taille normale.

À partir des années 1970, de nouvelles données ont été recueillies sur le bois d'œuvre calibré en grandeur réelle, connu sous le nom d'essais en cours de fabrication. Au début des années 1980, l'industrie canadienne du bois a mené un important programme de recherche dans le cadre du Programme des propriétés du bois du Conseil canadien du bois, portant sur les propriétés de résistance à la flexion, à la traction et à la compression parallèle au fil du bois de 38 mm d'épaisseur (2 pouces nominaux) pour tous les groupes d'essences canadiennes commercialement importants. Le Lumber Properties Program a été mené en coopération avec l'industrie américaine dans le but de vérifier la corrélation de la classification des bois d'œuvre d'une usine à l'autre, d'une région à l'autre et entre le Canada et les États-Unis.

Le programme d'essais au sol a consisté à tester des milliers de pièces de bois de construction jusqu'à leur destruction afin de déterminer leurs caractéristiques en service. Il a été convenu que ce programme d'essai devait simuler, aussi fidèlement que possible, les conditions structurelles d'utilisation finale auxquelles le bois serait soumis.

Après avoir été conditionnés à un taux d'humidité d'environ 15 %, les échantillons ont été soumis à une charge à court et à long terme conformément à la norme ASTM D4761. Des échantillons de bois de trois dimensions : 38 x 89 mm, 38 x 184 mm et 38 x 235 mm (2 x 4 po, 2 x 8 po et 2 x 10 po) ont été sélectionnés dans toutes les régions de culture du Canada pour les trois groupes d'essences commerciales les plus importants : épicéa-pin-sapin (S-P-F), sapin de Douglas-mélèze (D.Fir-L) et sapin-épicéa. Les essences Select Structural, No.1, No.2, No.3, ainsi que les essences de charpente légère, ont été échantillonnées en flexion. Les qualités Select Structural, No.1 et No.2 ont été évaluées en traction et en compression parallèlement au fil. Plusieurs essences de moindre volume ont également été évaluées à des intensités d'échantillonnage plus faibles.

Les essais sur le terrain ont permis d'établir de nouvelles relations entre les essences, les dimensions et les qualités. La base de données des résultats du bois de construction a été examinée afin d'établir les tendances des propriétés de flexion, de tension et de compression parallèles au grain, en fonction de la taille et de la qualité de l'élément. Ces études ont servi de base à l'extension des résultats à l'ensemble des qualités de bois d'œuvre et des dimensions des éléments décrits dans la norme CSA O86. Au Canada, la norme CSA O86 et le Code national du bâtiment du Canada (CNB) ont adopté les résultats du Programme des propriétés du bois de sciage. Les données ont également été utilisées pour mettre à jour les valeurs de calcul aux États-Unis.

Les données scientifiques issues du Lumber Properties Program ont démontré :

• une corrélation étroite entre les propriétés de résistance du bois de dimension n° 1 et n° 2 classé visuellement ;
• une bonne corrélation dans l'application des règles de classement d'une usine à l'autre et d'une région à l'autre ; et
• une diminution de la résistance relative à mesure que la taille augmente (effet de taille) - par exemple, la résistance unitaire à la flexion d'un élément de 38 × 89 mm (2 x 4 pouces) est supérieure à celle d'un élément de 38 × 114 mm (2 x 6 pouces).

Suite à ce programme d'essais, la norme ASTM D1990, basée sur un consensus, a été élaborée et publiée. Les données relatives à la flexion, à la traction parallèle au grain, à la compression parallèle au grain et au module d'élasticité continuent d'être analysées conformément à cette norme.

Contrairement au bois d'œuvre classé visuellement, dont les propriétés de résistance anticipées sont déterminées à partir de l'évaluation d'une pièce sur la base de l'aspect visuel et de la présence de défauts tels que les nœuds, les flaches ou l'inclinaison du grain, les caractéristiques de résistance du bois d'œuvre classé par contrainte mécanique (MSR) sont déterminées en appliquant des forces à un élément et en mesurant réellement la rigidité d'une pièce particulière. Lorsque le bois est introduit en continu dans l'équipement d'évaluation mécanique, la rigidité est mesurée et enregistrée par un petit ordinateur, et la résistance est évaluée par des méthodes de corrélation. Le classement MSR peut être effectué à des vitesses allant jusqu'à 365 m (1000 ft) par minute, y compris l'apposition d'une marque de classement MSR. Le bois de MSR fait également l'objet d'un contrôle visuel des propriétés autres que la rigidité qui pourraient affecter l'adéquation d'une pièce donnée. Étant donné que la rigidité de chaque pièce est mesurée individuellement et que la résistance est mesurée sur des pièces sélectionnées dans le cadre d'un programme de contrôle de la qualité, le bois de MSR peut se voir attribuer des résistances de conception spécifiées plus élevées que le bois de dimension classé visuellement.

Pour plus d'informations, consultez les ressources suivantes :

Canadian Lumber Properties (Conseil canadien du bois)

ASTM D1990 Standard Practice for Establishing Allowable Properties for Visually-Graded Dimension Lumber from In-Grade Tests of Full-Size Specimens (Pratique standard pour l'établissement des propriétés admissibles pour le bois de dimension à classement visuel à partir d'essais en cours sur des spécimens de taille normale)

ASTM D4761 Standard Test Methods for Mechanical Properties of Lumber and Wood-Based Structural Materials (Méthodes de test standard pour les propriétés mécaniques du bois de construction et des matériaux structuraux à base de bois)

Autorité nationale de classification des bois (NLGA)

La durabilité du bois est souvent fonction de l'eau, mais cela ne signifie pas que le bois ne peut jamais être mouillé. Bien au contraire, le bois et l'eau vivent généralement en bonne intelligence. Le bois est un hygroscopique Il s'agit d'un matériau qui absorbe et rejette naturellement de l'eau pour s'équilibrer avec son environnement. Le bois peut absorber en toute sécurité de grandes quantités d'eau avant d'atteindre des niveaux d'humidité propices à l'apparition de champignons de pourriture.

Teneur en humidité (MC) est une mesure de la quantité d'eau contenue dans un morceau de bois par rapport au bois lui-même. La MC est exprimée en pourcentage et se calcule en divisant le poids de l'eau dans le bois par le poids de ce bois s'il était séché au four. Par exemple, 200% MC signifie qu'un morceau de bois contient deux fois plus d'eau que de bois. Voici deux chiffres importants à retenir 19% et 28%. Nous avons tendance à dire qu'une pièce de bois est sèche si son taux d'humidité est inférieur ou égal à 19%. La saturation des fibres se situe en moyenne autour de 28%.

Saturation des fibres est un repère important à la fois pour le retrait et pour la pourriture. Les fibres du bois (les cellules qui s'étendent sur toute la longueur de l'arbre) ont la forme d'une paille effilée. Lorsque les fibres absorbent de l'eau, celle-ci est d'abord retenue dans les parois cellulaires elles-mêmes. Lorsque les parois cellulaires sont pleines, l'eau supplémentaire absorbée par le bois va alors remplir les cavités de ces cellules tubulaires. La saturation des fibres est le niveau d'humidité auquel les parois cellulaires retiennent le plus d'eau possible. L'eau contenue dans les parois cellulaires est appelée eau liéetandis que l'eau contenue dans les cavités cellulaires est appelée eau gratuite. Comme son nom l'indique, l'eau libre est relativement accessible, et une source d'eau accessible est une nécessité pour que les champignons de pourriture commencent à se développer. Par conséquent, la carie ne peut généralement commencer que si la teneur en humidité du bois est supérieure à la saturation des fibres. Le point de saturation des fibres est également la limite du retrait du bois. Le bois rétrécit ou gonfle lorsque sa teneur en eau varie, mais uniquement lorsque l'eau est absorbée ou libérée par les parois cellulaires. Toute modification de la teneur en eau dans la cavité cellulaire n'a aucun effet sur la dimension du bois. Par conséquent, le bois ne rétrécit et ne gonfle que lorsque son taux d'humidité passe en dessous du point de saturation des fibres.

Comme d'autres matériaux hygroscopiques, le bois placé dans un environnement où la température et l'humidité relative sont stables finira par atteindre un taux d'humidité qui ne produit aucune différence de pression de vapeur entre le bois et l'air ambiant. En d'autres termes, son taux d'humidité se stabilisera à un point appelé "point d'équilibre". la teneur en eau d'équilibre (EMC). Le bois utilisé en intérieur finira par se stabiliser à un taux d'humidité de 8-14% ; à l'extérieur, à 12-18%. L'hygroscopicité n'est pas nécessairement une mauvaise chose - elle permet au bois de fonctionner comme un régulateur d'humidité naturel dans nos maisons. Lorsque l'air intérieur est très sec, le bois libère de l'humidité. Lorsque l'air intérieur est trop humide, le bois absorbe l'humidité.

Le bois se rétracte ou se gonfle lorsqu'il perd ou gagne de l'humidité en dessous du point de saturation de ses fibres. Ce comportement naturel du bois est à l'origine de certains problèmes parfois rencontrés lorsque le bois sèche. Par exemple, des fissures spéciales appelées contrôles peut résulter de contraintes induites dans une pièce de bois en cours de séchage. En séchant, la pièce développe un gradient d'humidité à travers sa section (sèche à l'extérieur, humide à l'intérieur). L'enveloppe extérieure sèche veut se rétracter au fur et à mesure qu'elle sèche en dessous de la saturation des fibres, mais le cœur plus humide contraint l'enveloppe. Cela peut entraîner la formation de fissures à la surface. L'enveloppe est maintenant fixée dans ses dimensions, bien que le cœur continue de sécher et veuille à son tour se rétracter. Mais la coque fixe contraint le noyau et des fissures peuvent donc se former dans le noyau. Un autre problème lié au séchage est déformation. Un morceau de bois peut s'écarter de la forme prévue lorsqu'il sèche, car le bois se rétracte différemment selon les directions. Il se rétracte le plus dans la direction tangentielle aux cernes, environ deux fois moins dans la direction perpendiculaire aux cernes et presque pas du tout sur la longueur de l'arbre. L'endroit où une pièce a été coupée dans la grume est un facteur qui détermine la façon dont elle change de forme au fur et à mesure qu'elle se rétracte. L'un des avantages de l'utilisation debois sec est que la majeure partie du retrait a été réalisée avant l'achat. Le bois sec est un bois dont le taux d'humidité ne dépasse pas 19% ; le bois subit la majeure partie de son rétrécissement lorsqu'il passe de 28 à 19%. Le bois sec aura déjà montré ses défauts de séchage, le cas échéant. Il y aura également moins de surprises dans un bâtiment fini, car le produit restera plus ou moins à la dimension qu'il avait au moment de l'installation. Le bois sec est estampillé avec les lettres S-DRY (pour les surfaces sèches) ou KD (pour le séchage au four).

Une autre façon d'éviter le rétrécissement et le gauchissement est d'utiliser composite les produits du bois, également appelés conçu les produits en bois. Il s'agit de produits assemblés à partir de petites pièces de bois collées les unes aux autres, par exemple, contreplaqué, OSBLes produits composites ont une orientation mixte des grumes dans une même pièce, de sorte qu'une partie limite le mouvement d'une autre. Les produits composites présentent un mélange d'orientations de billes dans une seule pièce, de sorte qu'une partie contraint le mouvement d'une autre. Le contreplaqué, par exemple, présente cette forme d'auto-contrainte par bandes croisées. Dans d'autres produits, les mouvements sont limités à de très petites zones et tendent à s'estomper dans l'ensemble de la pièce, comme c'est le cas pour les montants assemblés par entures multiples.

Bois non traité sous pression

Pour la plupart des bois traités, les produits de préservation sont appliqués sous pression dans des installations spéciales. Cependant, il arrive que cela ne soit pas possible ou que la nécessité de traiter le bois ne soit apparue qu'après la construction ou l'occupation du bâtiment. Dans ce cas, les produits de préservation peuvent être appliqués selon des méthodes qui n'impliquent pas de cuves sous pression.

Certains de ces traitements ne peuvent être effectués que par des applicateurs agréés. Lors de l'utilisation de produits de préservation du bois, comme pour tous les pesticides, il convient de respecter les exigences de l'Agence de réglementation de la lutte antiparasitaire (au Canada) ou de l'Agence de protection de l'environnement (aux États-Unis) en matière d'étiquetage.

Cinq catégories de traitements sans pression

Traitement pendant la fabrication des produits en bois d'ingénierie

Certains panneaux en bois d'ingénierie, tels que le contreplaqué et le bois de placage stratifié (LVL), peuvent être traités après fabrication avec des solutions de préservation, ce qui n'est pas le cas des produits à base de fines lamelles (OSB, OSL) et des panneaux à base de petites particules et de fibres (panneaux de particules, MDF). Les produits de préservation doivent être ajoutés aux éléments en bois avant qu'ils ne soient collés ensemble, sous forme de pulvérisation, de brouillard ou de poudre.

Les produits tels que l'OSB sont fabriqués à partir de petites et fines lamelles de bois. Les conservateurs en poudre peuvent être mélangés aux lamelles et aux résines pendant le processus de mélange, juste avant le formage et le pressage du matelas. Le borate de zinc est couramment utilisé dans cette application. En ajoutant des conservateurs au processus de fabrication, il est possible d'obtenir un traitement uniforme sur toute l'épaisseur du produit. 

En Amérique du Nord, le contreplaqué est normalement protégé contre la pourriture et les termites par des procédés de traitement sous pression. Toutefois, dans d'autres parties du monde, des insecticides sont souvent formulés avec des adhésifs pour protéger le contreplaqué contre les termites.

Prétraitement de la surface

Il s'agit d'un traitement de préservation anticipé appliqué par trempage, pulvérisation ou brossage sur toutes les surfaces accessibles de certains produits en bois au cours du processus de construction. L'objectif est de fournir une enveloppe de protection aux produits, composants ou systèmes en bois vulnérables dans leur forme finie. Un exemple serait la pulvérisation de borates sur les charpentes des maisons pour les rendre résistantes aux termites de bois sec et aux coléoptères xylophages dans certains cas. Ces traitements peuvent également être appliqués au bois d'œuvre, au contreplaqué et à l'OSB afin de fournir une protection supplémentaire contre la formation de moisissures.

Prétraitement souterrain (traitement Depot)

Il s'agit d'un traitement de préservation appliqué à des endroits distincts, et non à l'ensemble de la pièce, au cours du processus de fabrication ou de la construction. L'objectif est de protéger de manière proactive uniquement les parties du produit, du composant ou du système en bois susceptibles d'être exposées à des conditions propices à la pourriture. Un exemple serait de placer des tiges de borate dans les trous percés dans les extrémités exposées des poutres en lamellé-collé dépassant la ligne de toit.

Traitement complémentaire

Il s'agit d'un traitement de préservation appliqué à des endroits distincts sur du bois traité en service pour compenser soit une pénétration initiale incomplète de la section transversale, soit une diminution de l'efficacité de la préservation au fil du temps. L'objectif est de renforcer la protection du bois déjà traité ou de traiter les zones exposées par la coupe nécessaire des produits en bois traité. Un exemple serait l'application d'un pansement prêt à l'emploi sur des poteaux électriques dont la charge conservatrice d'origine s'est épuisée. Un autre exemple est celui des matériaux coupés sur place pour les fondations en bois préservé.

Traitement correctif

Il s'agit d'un traitement de préservation appliqué au bois sain résiduel dans les produits, les composants ou les systèmes où l'on sait que la pourriture ou l'attaque d'insectes a commencé. L'objectif est de tuer les champignons ou les insectes existants et/ou d'empêcher la pourriture ou les insectes de se propager au-delà des dommages existants. Un exemple serait l'application au rouleau ou par pulvérisation d'une formulation de borate/glycol sur du bois sain laissé en place à côté d'une charpente pourrie (qui devrait être découpée et remplacée par du bois traité sous pression).

Formats des traitements sans pression

Les traitements sans pression se présentent sous trois formes différentes : les solides, les liquides/pâteux et les fumigants. Contrairement aux produits de préservation traités sous pression, qui dépendent de la pression pour une bonne pénétration, ces produits s'appuient sur la mobilité des ingrédients actifs pour pénétrer suffisamment profondément dans le bois pour être efficaces. Les ingrédients actifs peuvent se déplacer dans le bois par capillarité ou se diffuser dans l'eau et/ou l'air à l'intérieur du bois. Cette mobilité permet non seulement aux substances actives de pénétrer dans le bois, mais aussi de s'en échapper dans certaines conditions. Cela signifie que les conditions à l'intérieur et autour de la structure doivent être comprises afin de minimiser la perte de conservateur et la perte de protection qui en découle. Les borates, les fluorures et les composés de cuivre sont particulièrement adaptés à une utilisation sous forme de solides, de liquides et de pâtes. L'isothiocyanate de méthyle (et ses précurseurs), le bromure de méthyle et le fluorure de sulfuryle sont les seuls traitements par fumigation largement utilisés. Le bromure de méthyle a été supprimé en 2005, sauf pour des utilisations très limitées.

Solides

Le principal avantage des solides dans ces applications est qu'ils maximisent la quantité de matériau soluble dans l'eau qui peut être placée dans un trou foré, en raison du pourcentage élevé d'ingrédients actifs contenus dans les tiges disponibles dans le commerce. L'inconvénient majeur est la nécessité d'une humidité suffisante et le temps nécessaire à la dissolution de la tige. Le système de préservation solide le plus ancien et le plus connu est la tige de borate fondu, développée à l'origine dans les années 1970 pour le traitement complémentaire et correctif des traverses de chemin de fer. Depuis, ils ont été utilisés avec succès sur les poteaux électriques, les bois de construction, les menuiseries (fenêtres) et divers autres produits en bois. Un mélange de borates est fusionné en verre à des températures extrêmement élevées, puis versé dans un moule et laissé à prendre. Placé dans des trous dans le bois, le borate se dissout dans l'eau contenue dans le bois et se diffuse dans toute la région humide. L'écoulement en masse de l'humidité le long du grain peut accélérer la distribution du borate. Des biocides secondaires tels que le cuivre peuvent être ajoutés aux tiges de borate pour compléter l'efficacité des borates contre la pourriture et les insectes. Bien que tous les agents de conservation doivent être traités avec respect, de nombreux utilisateurs se sentent plus à l'aise avec les tiges de borate et de cuivre/borate en raison de leur faible toxicité et de leur faible potentiel de pénétration dans l'organisme.

Les fluorures sont également disponibles sous forme de bâtonnets. Le bâtonnet est produit en comprimant du fluorure de sodium et des liants, ou en l'encapsulant dans un tube perméable à l'eau. Les fluorures se diffusent plus rapidement que les borates dans l'eau et peuvent également se déplacer en phase vapeur sous forme d'acide fluorhydrique.

Le borate de zinc (ZB) est une poudre utilisée pour protéger les produits à base de lamelles. Il est mélangé aux résines et aux supports pendant les processus de fabrication des panneaux OSB et d'autres produits à base de lamelles et devient bien dispersé dans l'ensemble. Le borate de zinc a une très faible solubilité dans l'eau et peut protéger les produits à base de bois contre la pourriture et les termites.

Liquides, pâtes et gels

Les liquides peuvent être pulvérisés ou brossés sur les surfaces, ou versés ou pompés dans des trous percés. Les pâtes sont le plus souvent appliquées au pinceau ou à la truelle, puis recouvertes d'un papier kraft recouvert de polyéthylène pour former un "bandage". Les pâtes peuvent également être emballées dans des trous percés ou incorporées dans des bandages prêts à l'emploi à enrouler autour des poteaux. Les borates et les fluorures sont couramment utilisés dans ces formulations car ils se diffusent très rapidement dans le bois humide. Le cuivre se diffuse plus lentement car il réagit avec le bois. Pour le bois plus sec, des glycols peuvent être ajoutés aux formulations de borates afin d'améliorer la pénétration. Les produits de protection du bois disponibles en vente libre pour l'application au pinceau sont à base de naphténate de cuivre (de couleur verte) ou de naphténate de zinc (transparent). Tous deux sont dissous dans des solvants de type essence minérale. En outre, des formulations de borate/glycol à base d'eau peuvent également être achetées en vente libre sous forme de liquides à appliquer au rouleau.

Fumigants

Ces traitements sont généralement administrés sous forme de liquides ou de solides ; ils se transforment en gaz lors de l'exposition à l'air et deviennent mobiles dans le bois sous forme de gaz. Certains fumigants solides et liquides sont conditionnés dans des capsules perméables ou des tubes en aluminium. L'isothiocyanate de méthyle (MIT) et les produits chimiques qui produisent ce composé en se décomposant sont utilisés pour les poteaux électriques et le bois. Ce composé s'adsorbe au bois et peut fournir une protection résiduelle de plusieurs années. Le fluorure de sulfuryle et le bromure de méthyle sont utilisés pour la fumigation des tentes des maisons afin d'éradiquer les termites de bois sec.

Réparation des coupures dans la coquille traitée

Le bois traité sous pression qui se trouve dans le sol peut subir une décomposition interne importante en l'espace de six ou sept ans seulement si les coupes, les trous de boulons et les entailles ne sont pas traités à la brosse avec un produit de préservation appliqué sur le terrain. Les agents courants en vente libre à cette fin sont les suivants naphténate de cuivre (couleur verte), ou naphténate de zinc (transparent). Tous deux sont dissous dans des solvants de type essence minérale. Il existe d'autres agents à appliquer au pinceau, notamment des formulations à base de borate et de glycol en phase aqueuse, que l'on peut également se procurer dans les magasins de matériaux de construction.

L'oubli de cette étape critique réduira presque à coup sûr la durée de vie du produit et entraînera annuler toute garantie sur le produit. Bien que l'application au pinceau des produits de protection du bois soit loin d'être aussi efficace que le traitement sous pression, les produits de protection coupés sur le terrain sont généralement appliqués sur le fil du bois, ce qui permet à la solution de s'imprégner davantage que si elle est appliquée sur le fil du bois.

Dans les essais sur le terrain de FPInnovations, ces agents de conservation ont été testés, naphténate de cuivre a donné les meilleurs résultats. Le naphténate de zinc (2% zinc), qui est incolore, n'a pas été aussi efficace mais peut convenir pour les applications hors sol où le risque de pourriture est plus faible et si la couleur vert foncé du naphténate de cuivre n'est pas souhaitable. Il est à noter que le vert foncé du produit à base de cuivre s'estompe au bout de quelques années.